可拉伸汗液激活纱线电池：实现应变不敏感功率输出的纺织电子器件新突破

针对纺织电子器件中应变引发功率波动这一关键难题，研究人员开发出具有应变不敏感特性的可拉伸汗液激活纱线电池（S-SAYB）。该器件通过弹性芯层-锌线阳极/碳纱阴极的核鞘结构设计，结合亲水聚酯电解质吸收层和高密度电极线圈排布，在20%-80%应变范围内输出电压波动低于0.47%（2.8 mV），最大功率密度（PDmax）达1.24 mW/cm2。该突破为动态变形场景下的可穿戴设备提供了稳定能源解决方案。

　　

（研究背景）
在智能服装和健康监测设备快速发展的今天，纺织电子器件（e-textiles）面临着"能源焦虑"——传统刚性电池难以适应人体运动时的复杂变形，而现有柔性电源在拉伸过程中会出现显著的功率波动。想象一下，当运动员穿着智能运动服奔跑时，内置传感器的数据可能因为电池输出不稳定而失真；或者医疗监测背心的警报灯因布料拉伸突然熄灭。这些问题的核心在于：大多数可拉伸电池的研究仅关注拉伸前后的性能变化，却忽视了动态变形过程中的实时稳定性。

（研究概述）
重庆医科大学永川医院团队在《Wearable Electronics》发表的研究，开创性地提出了一种可拉伸汗液激活纱线电池（Stretchable sweat-activated yarn battery, S-SAYB）。这种直径仅1.2 mm的纤维状电池，巧妙利用人体汗液作为电解质，通过"双保险"设计实现了惊人的应变不敏感性：在志愿者头部剧烈运动（应变21.1%）时，仍能稳定点亮LED警示灯；在腋下大幅摆动（应变50%）情况下持续为计步器供电。

（关键技术）
研究采用自主设计的自动缠绕机制备核鞘结构电池：1）以弹性纱线为芯，表面缠绕亲水聚酯纤维构建连续电解液通道；2）通过精确控制缠绕速度（25-45 r/min）实现电极线圈密度调控；3）采用棉纤维包裹锌线（Zn wire）阳极与碳纱阴极的平行排列构型；4）通过人体工学测试验证穿戴性能，包括2,000次拉伸循环和20次洗涤测试。

（研究结果）

3.1 S-SAYB-PRs的制备与性能瓶颈
初代采用纯橡胶芯（PR）的电池在40%应变时输出电压（V_op）波动达0.26 V。显微观察发现，拉伸导致电极线圈间距增大，电解液仅存在于棉纤维层，离子迁移路径中断。

3.2 S-SAYB-HPs的结构优化
引入亲水聚酯包裹弹性芯（HP）后，电解液吸收时间从>10秒缩短至5秒。在60 μL NaCl溶液激活下，40%应变时的V_op波动降至0.03 V，内部电阻（R_inter）从4890 Ω大幅降低至477 Ω。

3.3 应变影响机制
建立数学模型证明线圈间距变化（?d）与应变（ε）呈线性关系：?d = ε/2N（N为线圈密度）。当N从5.5增至7.3 turns/cm时，80%应变下的输出电压变化率从13.6%降至6.6%。

3.4 电极密度优化
最佳缠绕速度35 r/min（N=6.7 turns/cm）时，PD_max达1.24 mW/cm2，接近同类器件最高值。特殊的是，高密度缠绕（N=7.3 turns/cm）时，应变反而通过缓解电极间过度压缩提升性能。

3.5 实际应用验证
编织入头带的电池在21.1%应变下，2,000次拉伸后V_op波动<2.5 mV。与人工汗液共培养4天的L-929细胞存活率保持100%，证实生物相容性。

（结论与意义）
这项研究突破了传统可拉伸电池"动态失稳"的桎梏，通过构建"弹性芯-电解液层-致密电极"的三重稳定机制，实现了纺织电子领域的三个首创：首个体积功率密度超1 mW/cm2的汗液激活电池、首个应变波动<0.5%的可拉伸纤维电池、以及首个通过标准洗衣机测试的生物燃料电池。其 metre-scale 的连续化制备工艺，更使得该技术具备产业化应用潜力，为智能服装、医疗监测和运动科学等领域提供了革命性的自供电解决方案。